110kV鋼管桿在工程設計中的幾點體會

段晨艷

摘 要：鋼管桿是一種實用新型鐵塔，結合東營地區一些輸電線路的設計經驗，對110kV輸電線路鋼管桿的截面、根徑、梢徑、撓度、選材等設計參數進行了最優推選，對在法蘭連接、地腳螺栓、灌注樁基礎設計中需注意的事項進行了總結。

關鍵詞：110kV輸電線路；鋼管桿；灌注樁

1 概況

鋼管桿是一種實用新型鐵塔，外表美觀，占地面積小，性價比高。塔體采用分節段結構，通過法蘭用高強度螺栓連接，具有結構簡單、加工制造容易、運輸方便、安裝快捷特點，能附合各種較復雜場地的安裝。并且運行安全可靠，維護工作量少。因此鋼管桿在架空送電線路工程中得到了廣泛的應用。

2 鋼管桿設計

鋼管桿依據《架空送電線路鋼管桿設計技術》進行設計，鋼管桿計算采用北京道亨公司NSA鋼管桿設計系統（2009）版。設計上要做到安全可靠、經濟合理，設計中參數的選取尤為重要。下面我就將我在工程《110kV九廣、九安線路工程》中獲得的一點經驗與大家一起分享。

2.1 設計使用的條件

本工程位于東營地區，線路為110kV雙回路，水平檔距200m，垂直檔距250m，結構重要類別為二級。本地區的氣象設計條件，即最大風速為30m/s，設計最大覆冰為10mm，最低氣溫-20℃，最高氣溫40℃；最大覆冰10mm；導線型號LGJ-240/40，安全系數5，地線型號 GJ-50，安全系數7；呼稱高18～21m；這些參數均由電力專業提供。

2.2 桿型選擇及優化設計

一般鋼管桿采用正多邊形的桿段，鋼管桿由橫擔、桿身、底板三部分組成。鋼管桿的材料：一般直線桿、選用Q235橫擔，轉角、選用Q345終端桿，法蘭材料與主桿一致。

2.2.1 橫擔形式

橫擔采用箱型變形截面型式，即雁翅型橫擔，增加了桿型的整體美觀性。橫擔不宜直接與桿身連接。在桿身上焊接靴梁支座，使橫擔傳來的外力得以分散，以避免桿體局部壓曲。橫擔根部高寬比約為1.5∶1，一般取根部高210～350mm，根部寬200～250mm，稍部高100mm，稍部寬150mm，鋼板厚度10mm。

2.2.2 桿身主柱

鋼管桿主柱受鋼模長度、直徑的限制，可根據結構受力、變形等要求，較隨意調整桿段的長度、坡度、壁厚等設計參數，使設計更趨于合理化。桿身設計主要從以下幾點控制：

（1）主桿分段：從桿頂至桿底方向（從上到下），桿段長度盡量做到上長下短，因壁厚是遞增的，桿段長、桿壁厚直接影響桿重。另外，還要結合橫擔位置調整每段的桿長，使其與橫擔的距離大于500mm，以便法蘭的安裝。由于受到運輸、模壓、熱鍍鋅的工藝限制，每段桿長控制在10m左右。

（2）主桿截面及尺寸：圓形截面受力最優，但由于鋼管桿是一個壓彎結構，其受力以彎矩為主，在桿身一側存在很大的拉力，設計時盡量避免橫向焊縫，以免造成桿身橫向斷裂事故。桿身通常采用正多邊形，直線桿和小轉角桿采用12邊形，60°以上的轉角桿采用16邊形。鋼管桿是以桿頂撓度、強度、徑厚比來控制的。根據《架空送電線路鋼管桿設計技術》DL/T 5130-2001規定，直線桿5‰，轉角和終端桿20‰的撓度限值，根徑、梢徑的大小直接影響撓度數值，鋼管桿的力學模型為一個懸臂梁，撓度與截面慣性矩I成反比，計算公式：I=c·D3t，其中c為與截面邊數有關的常數，鋼管桿直徑D對撓度的影響遠大于壁厚t，因此擴大梢徑尺寸，可使鋼管桿的整體剛度顯著提高，鋼管直徑D與壁厚t的比控制在100以內。根據設計的多條線路的計算，總結出110kV雙回路鋼管桿直徑的經驗取值。（見表1）

（3）桿體之間的連接：桿體之間的連接通常采用法蘭連接。桿段間采用法蘭連接，避免了施工焊接，有利于保護主桿鍍鋅層不受破壞。中間法蘭連接螺栓宜采用6.8級高強度螺栓，螺栓直徑不小于16mm，由設計系統優化計算所得螺栓的數量多、法蘭盤外徑小、法蘭肋板小，經濟性比較好，由于每個螺栓間操作空間小，不便于安裝，故需人為調整螺栓的數量，以螺栓間距控制在約100mm為宜。法蘭盤和桿身主柱采用焊接方式，需要注意的是桿體與法蘭之間內外連接焊縫承載能力之和不應小于桿身承載能力，如圖1所示。

2.2.3 底板

底板采用法蘭盤和桿身主柱下節底部焊接方式，利用地腳螺栓與鋼管桿法蘭盤連接。地腳螺栓采用45#優質碳素結構鋼，由于鋼管桿地腳螺栓數量較多，在施工中很難準確定位，解決辦法是采用定位錨板，與底板法蘭同時鉆孔加工，使地腳螺栓、錨板組合為一個整體。做法如圖2所示。

2.3 鋼管桿基礎

鋼管桿基礎一般采用鋼筋混凝土臺階式獨立基礎和灌注樁基礎。獨立基礎以天然地基作持力層，屬于淺基礎，適合于地基承載力較好，有較大的位置空間，土質比較均勻的情況下選用。由于高壓送電線路一般位于荒地郊外或公路邊，或交通不便，或地理位置空間密集，加之該地區地下水位較高、工程地質條件較差、工期緊等因素，采用獨立基礎難以滿足要求，而灌注樁具有技術成熟、施工速度快、施工工藝簡單，具有良好的承壓、抗水平力等特點，并可在多種土層中成樁，不受地下水位的限制，因此在本地區被廣泛采用。110kV雙回路鋼管桿基礎采用獨立樁基礎，樁頂水平位移對樁徑起主要控制作用，這里需要提醒一下，灌注樁直徑除滿足經優化計算的結果外，還應滿足下式要求：D≥D1+2（d1+d2+d3+e）+10，這樣才能保證地腳螺栓順利放入，式中字母含義如圖3所示。

3 結束語

隨著城市建設高速發展，電網建設勢必也會迅速發展，鋼管桿的應用會越來越廣泛，本文結合自己的部分工程總結了幾點經驗，希望對今后的類似設計能有所幫助。據統計，鋼管桿造價約占送電線路工程本體造價的40%左右，對工程的造價有著很大的影響，因此，在確保質量、安全適用的前提下，鋼管桿的優化設計非常重要，做到設計上技術先進、經濟合理仍是我們大家共同的任務。

參考文獻

[1]沈才元，章志鴻.110kV鋼管桿設計的幾點思考[J].華東電力，2005，31（12）：32-34.

（作者單位：中石化石油工程設計有限公司）